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半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解，这一过程称为光催化。当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。在缺乏合适的电子或空穴捕获剂时，吸收的光能因为载流子复合而以热的形式耗散。价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。大多数有机光降解是直接或间接利用了空穴的强氧化能力。

常见的金属氧化物或硫化物光催化剂有TiO，、ZnO、WO3、Fe2O3 、ZnS、CdS和PbS等。其中，CdS的禁带宽度较小，与太阳光谱中的近紫外光段有较好的匹配性，可以很好地利用自然光源，但容易发生光腐蚀，使用寿命有限。TiO，具有催化能力强、化学稳定性好、无毒、价格低等优点，是目前研究和应用广泛的光催化剂。为提高金属氧化物或硫化物光催化剂的催化性能，可对其进行修饰改性。

光催化在环保方面的应用包括以下两点：

1)有机污染物的处理：光催化反应能分解多种环保上关注的有机物，还可消毒、脱色等。值得一提的是，光催化能将许多物质降解得十分*，终产物除了CO 和H2O外，初始污染物中含有的卤素、硫、磷和氮等分别被转化为X一、SO42- 、PO43- 、NO3-等无机盐离子，大大减轻甚至*消除了危害性。

2)无机污染物的处理：光催化能够解决汞、铬、铅等重金属离子的污染问题。刘森等 以ZnO／TiO2为催化剂，以日光为光源，利用ZnO和TiO2 的协同光催化作用对电镀含铬废水进行处理，使cr6离子还原为Cr3 离子，再以氢氧化物形式除去后者，从而达到治理的目的。光催化过程同样能够处理其他污染性金属。光催化还可降解剧毒污染物。另外SO₄^2-、NO₃^-等有害气体均可吸附于光催化剂表面，并在光的作用下转化。